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1、第l8卷第6期粉末冶金材料科学与工程2013年12月Vo1.18No.6MaterialsScienceandEngineeringofPowderMetallurgyDec.2013W含量对ZrWN复合膜的微结构与摩擦性能的影响喻利花,赵强,马冰洋,许俊华(江苏科技大学材料科学与工程学院,镇江212003)摘要:采用反应磁控溅射法分别在单晶硅(1o0)和不锈钢基底上沉积不同w含量的Zrl-xWxN(x=0.17,0.28,0.36,0.44,0.49)复合膜,利用扫描电镜、能谱仪、x射线衍射仪、纳米压痕仪和
2、摩擦磨损试验机研究该复合薄膜的微结构、力学性能及摩擦性能,并探讨ZrWN复合膜的摩擦机理。结果表明:当≤0.28时,复合膜呈fcc(Zr,W)N结构;当X为0.36~0.44时,复合膜呈fce(Zr,W)N和fccW2N结构;当x=0.49时复合膜为fcc(Zr,W)N、fccW2N结构和.W单质。Zrhw复合膜的硬度随增加先增大后减小,当x=0.44时达到最大值,为36.0GPa。随X增加,Zr-xWxN复合膜的室温摩擦因数先减小后增大,摩擦表面生成的氧化物WO3对于降低摩擦因数起重要作用。关键词:ZrWN
3、复合膜;微结构;力学性能;摩擦性能中图分类号:TG174.44文献标识码:A文章编号:1673.0224(2013)6-906-06EffectofWcontentonmicrostructureandfrictionpropertiesofZrWNcompositefilmsYULi—hua,ZHAOQiang,MABing-yang,XUJun—hua(SchoolofMaterialScienceandEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology
4、,Zhenjiang212003,China)Abstract:Zr1.xW~N(x=0.17,0.28,0.36,0.44,049)compositefilmswithdifferentWcontentswerefabricatedonwafersofsilicon(1OO)andstainlesssteelbyreactivemagnelronsputteringtechnique.Themicrostructure,mechanicalpropertiesandfrictionpropertieswer
5、einvestigatedbySEM—EDSanalysis,X—raydifraction,nano—indentationandhigh·temperatureball-on—disctribo—meter.TribologicalmechanismofZrWNfilmswasdiscussed.Theresultsshowthatwhenisnomorethan0.28inthefilm,thefilmsexhibitfcc(Zr,W)Nstructure.WhenXisbetween0.36and0.
6、44,thefilmshaveastructurecomprisingfcc(Zr,w)NandfccW2N.Whenis0.49,pureWappears.ThehardnessoftheZrlwNfilmsincreasesandthendecreaseswithincreasingX.Themaximumvalueis36.0GPawhenXis0.44.Atroomtemperature.thefrictioncoeficientoftheZrl—filmsshowsdown—upcurvewithi
7、ncreasingx.OxideW03playsanimportantroleinthefrictionprocess.Keywords:ZrWNcompositefilms;microstructure;mechanicalproperties;frictionproperties近年来表面薄膜技术在改善材料性能方面起着越有更好的力学性能、热稳定性、化学稳定性和抗氧化来越重要的作用。硬度涂层可提高基体材料表面的力性能L1卜"】。此外由于ZrN薄膜金黄的色泽和良好的耐学性能及化学稳定性,而过渡族金属氮化物是较
8、成功蚀性,在装饰和防腐领域得到应用Il,但ZrN薄膜的硬度涂层材料[1】。过渡族金属氮化物,如TiN,由的摩擦因数约为0.6t,在应用上受到很大限制。于具有高熔点、高硬度,以及良好的化学稳定性、耐研究表明Il,向CrN薄膜中加入w,可提高薄膜的硬磨性和耐腐蚀性能,在刀具、耐磨部件等领域获得广度,并降低摩擦因数,在TiN薄膜中也发现同样的现泛应用[4-引。向TiN薄膜中添加Mo、C、B等元素使象l1。
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